高频液压振动锤施工筒桩及其优势分析
时间:2010-04-14 10:17:40    来源:中国城市轨道交通研究会
  高频液压振动锤具有施工速度快、功能多、适应地质广、运输方便和环保等特点,已广泛应用于国内外工程建设的众多领域。
  高频液压振动锤是20世纪末迅速发展起来的一种桩工机械,广泛应用于现浇薄壁筒桩施工中。它具有施工速度快、功能多、适应地质广、运输方便和环保等特点,已广泛应用于国内外工程建设的众多领域。
  薄壁筒桩因其可节省大量混凝土、无泥浆污染、施工速度快捷、挤土效应相对较小、桩身质量易于保证和工程造价低等优点,已被越来越多的业主、设计院所和施工单位所认可。目前,筒桩已越来越广泛地应用于我国的一些重点工程建设领域和其他基础工程建设中,现已完成筒桩施工2.5万多根,产生了非常好的社会效益和经济效益。
  现浇薄壁筒桩及其特点
  现浇薄壁筒桩是指外径800~2000mm,壁厚100~250mm,中心充满地基土,现浇灌注而形成的混凝土筒形桩体。它的施工原理是利用高频液压振动锤将双层钢护筒沉入地下,向夹层中灌入混凝土,启动振动锤拔出双层钢护筒,便形成了一根现浇薄壁筒桩。筒桩主要分为单体筒桩和联体筒桩,单体筒桩主要用作承载桩,也可用于基坑支护;联体筒桩主要用于具有止水功能的挡土墙。
  现浇混凝土薄壁筒桩独特的技术构想是基于弥补现有的预制类桩、沉管类桩和钻孔灌注桩的缺陷为出发点,因而与上述桩相比具有如下的优势。
  1.与预制类桩和沉管类桩相比,筒桩可以减少挤土效应,保证了桩身质量
  预制类桩和沉管类桩打入土层时,会产生严重的挤土效应,导致邻近的已施工桩的桩身受施工桩的挤土效应的作用而变形、断裂、错位、上浮,使工程质量出现严重问题,尤其是预制类桩的接头处更易破坏而导致严重的质量问题。与预制类桩和沉管类桩相比,现浇薄壁筒桩在施工过程中,原位土不是被挤向桩的周围而是被双层钢护筒的内筒套入其中,部分原位土可从内筒溢出,减少了桩身的挤土效应,桩身质量连续且有保证。
  2.筒桩直径可以突破限制,桩身整体刚度好
  由于挤土效应严重,预制类桩和沉管类桩在打入过程中阻力很大,目前这两种桩在应用中的设计口径局限于600mm以内,而现浇薄壁筒桩减少了施工中的挤土效应,相应的使桩身允许直径扩大,充分发挥了大直径桩稳定和强度较大的优势。同时,薄壁筒桩是连续浇注而成,桩身的整体刚度较预制类桩要好,且成桩可以全部在现场完成,施工方便快捷。
  3.筒桩既可制成钢筋混凝土桩,也可制成素混凝土桩,用于软土地基处理
  如果将筒桩制成钢筋混凝土桩,既可承受巨大的压应力,也可承受巨大的剪应力;如果将筒桩制成强度较低的素混凝土桩,组成复合地基的增强体,除能承受较大压应力外,还可有效的控制土的侧向变形,减少工后沉降,非常适用于高速铁路及公路的软土地基处理。
  4.与灌注桩相比,薄壁筒桩可以大幅降低工程投资
  筒桩可以用较少的混凝土材料获得更有效的结构效应。在抗弯强度相同的情况下,单节薄壁筒桩比单节混凝土灌注桩节约混凝土40%~50%,可以大幅降低工程投资。同时,由于筒桩的外表面面积远大于灌注桩,因此,筒桩承载力要高出很多。
  钻孔灌注桩是水下浇注大坍落度水下混凝土,混凝土的设计强度要高于容许强度一个等级以保证水下浇注混凝土的强度,同时所用水泥要求为水下作业专用的特种水泥,因此,混凝土灌注桩造价十分高昂。而薄壁筒桩在节约混凝土的同时,不必使用水下混凝土,这也降低了工程投资。
  5.桩身混凝土经过振动密实,强度更高
  筒桩利用高频液压振动锤施工,成桩时桩身混凝土处于高频振动状态,使混凝土分布更均匀密实,提高了桩身混凝土强度,确保了桩身质量。
  薄壁筒桩与混凝土灌注桩施工工艺和施工机械的比较
  目前,在全国的基础工程建设中,大量的工程是由旋挖钻机、工程钻机作业灌注桩或其他形式的成桩工艺来完成的。旋挖钻机作为灌注桩的主要施工机械之一,已普遍应用于国内众多的岩土工程领域,其性能和工艺被许多施工单位和业主认可,在地下工程建设中发挥着重要作用。在这种形势下,高频液压振动锤作为新型的桩工机械,在基础工程领域的广泛应用,极大地改变了传统桩工机械的施工工艺。高频液压振动锤施工筒桩与旋挖钻机施工混凝土灌注相比,前者存在如下优势。
  1.成桩效能比较
  与一台旋挖钻机成孔灌注桩的速度相比,高频液压振动锤下沉一根钢护筒的速度可以达到前者的几倍甚至几十倍,高频液压振动锤沉桩速度平均为4~7m/min,在地质条件非常适合的情况下,甚至可以超过10m/min,远远高于旋挖钻机成孔速度。
  2.适应地质条件比较
  用于高频液压振动锤施工的筒桩,是全程钢护筒护壁,除了不能进入岩层以外,可以适应任何地质环境;旋挖钻机可以穿透岩层施工灌注桩,但当穿过沙层时容易发生塌孔,需要做护壁,这样,施工效率便会大大降低,施工成本也会相应增加。
  3.环保性能比较
  高频液压振动锤施工筒桩中振感很小,如果利用配有降噪动力箱的高频液压振动锤施工筒桩,施工噪音可以低于75分贝,可完全满足城区施工对振动及噪声的限制,符合城市环保要求。同时,地面不会有地下土溢出,基本保持原状,不会出现泥浆污染、噪声和振感强烈而出现扰民情况。
  旋挖钻机施工时需从地底下开挖大量地下土,堆积在地面上,给施工带来不便,遇有大风,还会有灰尘随风飞扬,影响周围行人、车辆,甚至附近生活的居民。而且处置灌注桩施工过程中产生的泥浆是城市桩基施工的一个难题,泥浆处置费也是一笔很大的费用。
  4.销售价格比较
  在工作能力基本对应的情况下,国产高频液压振动锤的售价比旋挖钻机的售价要低廉,上海朗信的生产的高频液压振动锤性价比高,远远低于国外的同规格产品。
  5.应用前景比较
  高频液压振动锤施工筒桩,分为单体筒桩和联体筒桩,单体筒桩可作为公路铁路软土地基处理、工业和民用建筑的基坑支护、填海工程、海洋工程等,联体筒桩可作挡水和防渗墙,如水上、海上、斜坡等;而旋挖钻机以其优异的性能,已在国内的基础工程建设领域发挥着重要作用。高频液压振动锤和旋挖钻机在地下工程建设中,都具有很广泛的应用前景,二者可以互为补充。